Крупные землетрясения случаются на территории Крыма примерно раз в 80-100 лет. Наиболее разрушительное из них произошло в Ялте в 1927 году, когда Черное море, по свидетельствам очевидцев, охватило пламя. Ожидать ли в обозримом будущем повторения подобного явления, что именно воспламенилось в 1927 году, насколько опасен черноморский сероводород, что может привести к взрыву моря, как связаны эти события с библейским Всемирным потопом и кто такой Очамчирский бог? Ответы на эти вопросы получили специалисты, опрошенные Naked Science.
«Виктор Егоров, научный руководитель ФИЦ ФГБУН Института биологии южных морей (Севастополь), доктор биологических наук, академик РАН и автор книги «Метановые сипы в Черном море: средообразующая и экологическая роль», показывает мне ближайшее место выхода метана: «Вот в этой бухте». Он подводит меня к окну своего кабинета, где прямо у подножия здания ИнБЮМ плещется вода.
В Черном море содержится не только вода, но и растворённые газы – сероводород и метан, о которых упоминают реже, чем о сероводороде, поскольку его токсичность привлекает больше внимания в скандалах, интригах и расследованиях. Следует отметить, что таких объемов сероводорода, как в Черном море, не встречается ни в одном другом водоеме на планете. Однако в меньших количествах он присутствует в других местах, например, в Гданьской впадине Балтийского моря или в озерах на Кольском полуострове. Также существуют зоны загрязнения, вызванные деятельностью человека, в том числе и в самом Черном море – в его северо-западной части.
На аргентинском Атлантическом шельфе, расположенном примерно на сороковых-пятидесятых широтах, ранее велась активная добыча нототении, которая обеспечивала продовольствием весь Советский Союз. Из выловленной рыбы изготавливали муку, а головы выбрасывали в океан. Под воздействием течений они опускались на дно, где со временем образовались залежи сероводорода. Однако так ли опасен этот «тухлый» газ, как о нем говорят? Если он находится на морском дне, то нет. Гораздо более серьезную угрозу представляет метан, если его потревожить».
Метановая сила
Метан (СН4) присутствует во всех морях и океанах нашей планеты. Существуют две основные гипотезы, объясняющие его происхождение: геологическая, связанная с термогенным метаном, и биологическая, предполагающая образование метана как болотного газа под воздействием бактерий. Термогенный метан имеет более высокую молярную массу по сравнению с биологическим, поскольку биогенный метан содержит более легкие изотопы углерода. Именно это является ключевым отличием между ними. Кроме того, геологический газ может быть добыт, в то время как добыча биогенного метана на данный момент экономически не оправдана. Это обусловлено тем, что биогенный газ в донных отложениях представлен в меньшей концентрации.
«Исследования, проведенные в различных государствах, продемонстрировали, что извлечение биогенного метана сопряжено со слишком большими производственными издержками. Анализ черноморского метана, который преимущественно выходит в северо-западной части акватории, выявил, что он практически полностью биогенного происхождения. Однако, по мнению морских геологов, столь значительные объемы метана подобного типа существовать не могут.
Несмотря на это, залежи метановых гидратов на дне Черного моря достаточно для обеспечения газом весь Крым на протяжении двух тысяч лет. В мировых океанах содержится такое количество метана, что при условии его добычи его хватило бы на шесть тысяч лет для бытовых нужд всего мира (исходя из текущего уровня потребления). Однако, на данный момент ученые еще не обладают необходимой технологией для его извлечения.
Интенсивная работа над этой проблемой ведется в США, Мексике, Японии и Индии, однако, как правило, разработки являются конфиденциальными. Для извлечения, к примеру, газовых гидратов, необходимо, выяснилось, дестабилизировать их структуру. Этот процесс осуществляется посредством бурения нагнетательных и газоотводящих скважин, использования технологии гидроразрыва пластов и закачки термальной воды. При этом существует реальная и весьма значительная опасность.
«Если наши действия привели к нарушению газовых гидратов и вызвали разрушение соседних структур, то возможна «цепная реакция», которая приведет к взрыву Черного моря, — добавляет Егоров. — Таким образом, вопрос о безопасной добыче остается без ответа».
Наряду с газовыми гидратами, к источникам метана в Черном море относятся холодные сифоны и участки, где газ поднимается с морского дна.
«В научных публикациях приводятся данные о том, что в зоне древнего русла реки Днепр, на глубине трех километров под дном, обнаружены ранее не известные археобактерии. По словам академика, эти микроорганизмы способны к переработке метана внутри Земли. Возможно, он попадает в море уже в виде биогенного газа, хотя его источник может быть термогенным (это указывает на возможность его извлечения, поскольку концентрация такого газа может быть выше, чем у биогенного.) . Для получения точных данных необходимо провести обширный комплекс геологических, биохимических и сейсмических работ».
Метан уже приносит ощутимую пользу с экологической точки зрения. В области выхода газа из донных отложений, где распространены глубинные заражения сероводородом, появились микроорганизмы-экстремофилы. Эти организмы формируют карбонатные структуры, достигающие четырех метров в диаметре. Их открытие произошло в 1989 году, и было установлено, что они используют в качестве источника питания не только метан, но и сероводород — основную причину опасений у отдыхающих на побережье Черного моря.
Тысяча и одна гипотеза
Два основных объяснения касаются источника значительного количества «боевого отравляющего вещества» в Черном море. По одной версии, сероводород поднимается со дна из геологических разломов. Альтернативное предположение связывает его с биологическими процессами. Поддержку второй гипотезе оказывает, в частности, теория черноморского потопа.
Когда-то Черное море представляло собой пресноводное озеро, являвшееся частью океана Тетис. Таким образом, примерно восемь тысяч лет назад территория, занимаемая частью современного моря, была сушей, а линия берега располагалась более чем на сто метров ниже, чем в настоящее время. Это подтверждается данными буровых работ, а гидробиологические исследования указывают на то, что вода в Черном море в прошлом была пресной. При изучении древнего дна моря находят раковины пресноводных организмов, обитающих вблизи речных берегов (например, речная дрейссена — широко распространенный двустворчатый моллюск).
Именно благодаря им удалось восстановить очертания озера, которое когда-то располагалось на этой территории. Дополнительным подтверждением пресноводного происхождения служат результаты исследований геологов, изучивших поровую воду, сохранившуюся в глубоких слоях донных отложений. Эта вода также оказалась пресной. На дне моря просматриваются и палеорусла рек, впадавших в него: Дона, Дуная, Днестра и Днепра.
Поэтому утверждение о том, что на месте Черного моря ранее располагалось «речное» озеро, является фактом, а дальнейшие объяснения носят загадочный характер. Причины превращения пресноводного озера в соленые воды столь же сложны, как и квантовые состояния. Одна из гипотез предполагает, что семь-восемь тысяч лет назад повышение уровня океана, вызванное таянием ледников, достигло черноморского порога в районе Босфорского пролива. Вероятно, этому процессу также способствовало мощное землетрясение.
«Прорыв дамбы в районе Босфора вызвал мощный приток воды в озеро, объем которого составлял 50 кубических километров в день – это сопоставимо с объемом 200 ниагарских водопадов. Ежедневно уровень моря увеличивался на 15 сантиметров. Для сравнения, Амазонка, самая полноводная река в мире, ежесуточно несет в океан лишь 20 кубических километров воды. Таким образом, через пролив Босфор в Черное море в течение суток вытекало два с половиной объема Амазонки.
При смешивании соленой и пресной воды большинство обитателей озера погибли. Их останки оседали на дно, что привело к формированию значительного сероводородного слоя. Подъем этого слоя прекратился примерно 2,5 тысячи лет назад, и с тех пор сероводородная зона в Черном море остается устойчивой. Это объясняется тем, что поступление сероводорода было уравновешено процессом его окисления кислородом, содержащимся в воде, а также тем, что на границе сероводородной зоны обитают бактерии, использующие этот ядовитый газ в качестве источника питания).
Существуют и другие данные, указывающие на то, что биомассы, образовавшейся на месте бывшего озера, оказалось недостаточно для формирования обширной зоны сероводородного заражения на дне. Этот факт подтверждается тем, что в водоемах, существовавших в период, предшествующий формированию Черного моря, также наблюдались сероводородные заражения, хотя и, вероятно, меньшего масштаба. Кроме того, по оценкам других геофизиков, количество источников H2S на дне оказалось недостаточным.
Несмотря на обширные научные исследования, остается неясным, как образовался сероводород в Черном море. В настоящее время наиболее вероятной причиной считается разложение останков пресноводных растений и животных, а также выход газов из недр земной коры в результате геологических процессов.
А был ли Ной?
Американские геологи Уильям Райан и Уолтер Питмен из Колумбийского университета являются ведущими сторонниками теории черноморского потопа. В конце 1990-х годов они представили свою работу в книге, получившей название «Ноев потоп». Идея о том, что Черное море возникло в результате затопления, ранее высказывалась Плинием Младшим и в 1979 году была предложена болгарским геологом Петко Димитровым.
Если произошел потоп, возможно, библейский рассказ о Ное имеет реальные исторические основания? Это кажется вполне вероятным, учитывая, что Черное море расположено вблизи мест, где возникли древние цивилизации, а гора Арарат, связанная с библейским Ноем, находится относительно недалеко. Однако, существует несколько контраргументов. Первый из них заключается в том, что черноморский потоп произошел около 7,5 тысяч лет назад, в то время как самые ранние тексты о Ное датируются четвертым тысячелетием до нашей эры.
Существенный аргумент заключается в том, что при раскопках городов Месопотамии обнаруживаются слои осадочных пород, несомненно образованные наводнениями, произошедшими значительно позже – в историческую эпоху. Аналогичная ситуация наблюдается и с древними черноморскими поселениями, такими как город Акра, которые были затоплены водой, что указывает на то, что и в исторический период происходили мощные наводнения.
У многих народов мира существуют предания о глобальном потопе, включая народы Индии, Китая, Центральной Америки и даже австралийские аборигены. Однако, некоторые исследователи полагают, что эти мифы, скорее всего, отражают не отдельные локальные наводнения, а период масштабных затоплений, охвативших Землю в конце последнего ледникового периода. Таким образом, история о Ноевом потопе могла быть основана на реальных исторических событиях.
Суть библейского повествования во многом схожа с шумерскими легендами, в которых также упоминается гора Арарат, расположенная вблизи Черного моря. Эти сказания перекликаются и с греческим мифом о Девкалионовом потопе. Но был ли Черное море причиной этого наводнения?
Нельзя утверждать это наверняка. Вероятно, значительное влияние оказал его сосед – Каспийское море, уровень которого несколько тысяч лет назад также повысился на 45 метров. Существует предположение, что этот пресноводный водоем, возможно, вытекал в Черное море. Однако при таком сценарии остается неясным, откуда в последнем взялась соленая вода. Таким образом, легенду о всемирном потопе, описанном в истории о Ное, также нельзя напрямую соотнести с расширением территории Черного моря.
Когда горело море
Сероводород заслуживает отдельного рассмотрения. Так, во время мощного ялтинского землетрясения 1927 года – одного из крупнейших за последнее столетие – море действительно воспламенилось. Многие эксперты полагают, что причиной этого стал именно сероводород.
«В районе мыса Тарханкут Черное море горело, — рассказывает Виктор Егоров. — Над морем поднимался газ. Сероводород же залегает на большей глубине. Поэтому, по словам геологов, горел не он, а метан, который выделяется в результате геологических катаклизмов. Интенсивная разгрузка метана произошла именно в 1927 году. Интересно и то, что, работая в районе реки Очамчири в Грузии ( город Очамчира — территория современной Абхазии. — Прим. ред.) , помним, как когда-то с изумлением узнали, что и у них во время землетрясений море в этом месте также вспыхивает. Поэтому этот район получил в народе название «Очамчирский бог», который, по поверьям, отправляет людям предупреждение: если там загорелась вода, значит, следует ожидать землетрясения».
И группа ученых, среди которых был и он Naked Science, в результате проведенного анализа был обнаружен источник этих «предсказаний». Он расположен на глубине 350 метров и представляет собой масштабный выход метана. Это подтверждает: именно метан был причиной возгорания. Сероводород не способен подняться на поверхность благодаря двум факторам. Во-первых, поверхностные воды содержат кислород, который окисляет H2S, делая его безвредным. Во-вторых, три слоя бактерий потребляют сероводород, тем самым стабилизируя его верхнюю границу.
Характерный запах тухлых яиц, который часто ассоциируется с голением сероводорода, также присутствует у водных растворов тиосульфидов – продуктов, образующихся при окислении этого газа. Важно учитывать, что воспламенение «боевого» газа требует очень высоких температур окружающей среды – от 200 до 300 градусов Цельсия, а взрывоопасные смеси формируются только при концентрации газа в воздухе в диапазоне от 4,5 до 45 процентов. При этом, даже содержание в воздухе всего 0,1 процента может вызвать серьезные отравления, о которых не имеется данных.
Десятого января ученые ИнБЮМ представили результаты многолетних исследований Черного моря. Полученные данные оказались обнадеживающими: на границе зон, насыщенных сероводородом и кислородом, на глубине 150-160 метров, выявлены значительные запасы разнообразных многоклеточных организмов, включая большое количество рыбы. Так, в трехметровом слое обнаружено огромное количество кильки, плотно расположенной друг к другу. Жизнеобеспечение в этой зоне поддерживается бактериями, использующими сероводород в качестве источника питания. Несмотря на то, что размеры рыб, обитающих на такой глубине, меньше, чем у поверхностных, это новый перспективный район для промысла, который нуждается в освоении.
«Тема повышения сероводородной зоны (то есть когда сероводород подходит ближе к поверхности воды, отчего он и может проникнуть в верхние ее слои или даже в воздух. — Прим. ред.) — этот вопрос имеет больше политическую, чем научную подоплеку, — поясняет Егоров. — В эту ситуацию оказались вовлечены известные ученые. Однако их предсказания не стали реальностью. Согласно современным научным данным, сероводород не произойдет взрыв, поскольку он попросту не поднимется».
Даже если речь идет о последствиях землетрясения. Что касается последнего события. На самом деле, точной информации о частоте землетрясений не существует. По оценкам, с IV века до нашей эры в Крыму зарегистрировано 77 крупных землетрясений. Естественно, о большинстве реально произошедших толчков не сохранилось никаких данных. Однако в целом землетрясения слишком непредсказуемы и нерегулярны для составления достоверной статистики.
Дайте яду!
Сероводород известен как потенциальный источник энергии и товарной серы. Черное море представляет собой одно из крупнейших в мире месторождений H2S. Запас этого вещества оценивается в диапазоне от 28 до 63 миллиарда тонн. Поэтому его извлечение давно рассматривается как перспективное направление.
«Все возможные решения сводятся к двум основным путям, — отмечает ученый. — Сероводород либо поднимается на поверхность, либо претерпевает химические изменения внутри массива. Первый вариант представляет угрозу, поскольку в этом случае поверхностные воды в районе добычи становятся загрязненными, как зоны с боевыми отравляющими веществами. Поэтому второй способ выглядит более привлекательным. Однако здесь возникает иная сложность: наибольшая концентрация сероводорода зафиксирована на глубине двух километров. Представьте, как сложно будет опустить реактор на такую глубину».
Геохимики рассматривали вариант создания газлифта – системы, в которой труба опускается вниз, и подъем газа осуществляется за счет разницы давлений, исключая потребность в энергии. Однако, исходя из физических особенностей процесса, диаметр необходимой трубы должен составлять не менее двух метров. В результате, для извлечения сероводорода потребуется, метафорически говоря, «черпать воду решетом», что делает этот метод экономически нецелесообразным.
На дне также содержатся биогенные элементы, такие как азот и фосфор. Их выход на поверхность нежелателен, поскольку может вызвать биогенную гиперэвтрофикацию водных объектов – изменение их физических, химических и биологических свойств. Это обычно приводит к гибели живых организмов и последующему загрязнению морской среды сероводородом.
«Виктор Егоров приходит к выводу, что ввиду текущего уровня развития науки и технологий, извлечение сероводорода из глубин Черного моря представляет собой экологическую угрозу и не должно допускаться. Таким образом, курортники и жители побережья Черного моря могут быть уверены в безопасности и наслаждаться чистым морским воздухом. Сероводородная катастрофа не произойдет.